книги / Освоение малых морских месторождений

рассчитана на отсутствие челночного танкера, транспортирую­ щего нефть, в течение 4,5 сут и иметь дополнительный объем в расчете на возможность неблагоприятных погодных условий. Таким образом, минимальная суммарная вместимость емкости для хранения нефти при наличии одного танкера должна быть равна объему добычи за 8 сут, предпочтительно 10 сут. Для мало­ продуктивного месторождения этот объем равен 33—41 тыс. т, а для высокопродуктивного — 70—90 тыс. т. При более коротком транспортном маршруте требуемая вместимость емкости для хра­ нения нефти будет меньше.

Скорость отгрузки

Высокая скорость отгрузки нефти позволяет сократить пе­ риод, когда работы временно прекращаются вследствие отка­ зов оборудования или неблагоприятных погодных условий. Наи­ более эффективный способ обеспечения быстрой отгрузки — при­ менение многоканального шланга, по которому нефть подается на челночный танкер. При использовании одно- и двухканального шланга скорость отгрузки составляет 3,2—7,9 тыс. м3/с. Отсюда период загрузки танкера водоизмещением 40—80 тыс. т равен 6—30 ч. В условиях Северного моря желательно, чтобы загрузка проводилась не менее чем за 6 ч, с тем чтобы можно было исполь­ зовать «окна» в длительных периодах неблагоприятной погоды.

Коэффициент использования

Коэффициент использования систем морского хранения нефти по сравнению с морскими системами отгрузки обычно высокий, что подчеркивает необходимость дублирования оборудования и наличия сравнительно благоприятных погодных условий для его работы.

Большая вместимость буферной емкости для хранения нефти позволяет предотвратить простои оборудования, входящего в систему хранения нефти. Однако более важно требование предот­ вращения частого прерывания процесса отгрузки и транспор­ тировки нефти.

При оценке влияния погодных условий на эффективность транспорта нефти решающее значение имеют характеристики судна для хранения нефти к работа приспособлений для швар­ товки челночных танкеров. При этом учитываются изменения в швартовочных и ветровых нагрузках, происходящие вследствие перемещения нефти из плавучей емкости для хранения в чел­ ночный танкер.

Суда для хранения нефти

Экономичный способ создания плавучих систем для хранения нефти — переоборудование супертанкеров, которые можно лри-

132

обрести по очень низкой цене. Расходы на переоборудование могут в несколько раз превышать стоимость самого судна. Они зависят от состояния корпуса, танков, а также механизмов и систем, необходимых для обеспечения хранения нефти. Переобо­ рудование судна в связи с его новой ролью может потребовать существенного изменения конструкции с установкой швартов­ ных захватов и турелей. Переоборудование одного супертанке­ ра сегодня стоит десятки миллионов долларов. Однако последую­ щее переоборудование аналогичных судов обходится дешевле на 30—50 % (см. рис. 4.3).

Специальное строительство барж для хранения нефти может обойтись дороже, чем переоборудование супертанкеров, однако оно позволяет добиться улучшения характеристики движения судна и усовершенствования швартовных устройств, что, в свою очередь, способствует уменьшению расходов, связанных с швар­ товкой, и сокращению простоев по причине неблагоприятных погодных условий.

Создание буферной емкости на полупогружной установке для добычи нефти достигается за счет комплексного использования резервуаров для оборотной жидкости с целью незначительного увеличения вместимости емкости для хранения нефти.

В конструкции для хранения нефти гравитационного или ферменного типа могут входить резервуары для оборотной жид­ кости гораздо большей вместимости, однако при этом основание и конструкция подвергаются воздействию дополнительных нагру­ зок от волн и течений.

Системы энергоснабжения и обслуживания

Использование плавучей установки для хранения нефти пред­ полагает наличие следующих эксплуатационных и обслуживаю­ щих систем:

насосной системы для перекачки сырой нефти; балластной системы;

системы пароочистки с резервуарами для некондиционного продукта;

системы получения и распределения инертного газа (для грузовых танкеров);

систем нагревания нефти (если этого требуют температурные условия);

системы получения и распределения электрической энергии; противопожарных систем; систем связи и управления;

помещений для размещения персонала (там, где это тре­ буется);

системы защиты корпуса от коррозии.

При использовании подводной системы хранения нефти с резервуарами для оборотной жидкости могут потребоваться только первые три из вышеперечисленных систем в той или иной

133

форме плюс источник энергии для приведения в действие насос­ ного и контрольно-измерительного оборудования.

Обеспечение безопасности и охрана окружающей среды

Любая морская система хранения нефти, за исключением, может быть, подводной системы, должна отвечать определенным требованиям и иметь удостоверение о годности к эксплуатации. Это относится и к переоборудованному для хранения нефти тан­ керу или к барже. Челночные танкеры должны удовлетворять обычным требованиям, предъявляемым к морским судам.

СИСТЕМЕН ХРАНЕНИЯ НЕФТИ ТАНКЕРНОГО ТИПА

Использование для временного хранения сырой нефти стацио­ нарно пришвартованного танкера требует установки в море выносного точечного причала. В условиях Северного моря отгру­ жать нефть в челночный танкер можно только при последова­ тельной швартовке, например, когда челночный танкер швар­ туется носом к корме стационарно пришвартованного к вынос­ ному точечному причалу судна.

Область применения систем хранения нефти танкерного типа

Выносной точечный причал можно построить в расчете на танкеры любого размера вплоть до супертанкеров, но в условиях малых месторождений нецелесообразно применять суда водо­ измещением свыше 80 тыс. т. Оптимальное водоизмещение, оче­ видно, будет значительно меньше. Наиболее широко применяется швартовка к выносному точечному причалу с емкостью для хра­ нения нефти (SBS)*1, к башне с швартовным захватом и к вы­ носному одноопорному причалу с анкерным креплением и ем­ костью для хранения (SALS)2. В стадии разработки находятся турель и башня с шарнирным и цепным креплениями (CAT)3. Система SBS включает выносной точечный причал и шарнирный швартовный захват, закрепленный на носу танкера. Эта система считается неподходящей для условий Северного моря по причине сильных вертикальных колебаний. Башня с швартовным зах­ ватом представляет собой загрузочную башню с шарнирным креплением в сочетании с шарнирным швартовным захватом, закрепленным на носу танкера. Эта система успешно применяется в Северном море на месторождении Фулмар.

Система SALS представляет собой альтернативный вариант выносного точечного причала, который успешно применяется не в Северном море, а на месторождении Тазерка. В этой системе

134

сводится к минимуму число стальных элементов райзера, а функ­ ция плавучести передается швартовному захвату, который пред­ ставляет собой конструкцию, поддерживающую подводные ка­ меры плавучести. Башня с шарнирным и цепным креплениями тоже может быть оснащена жестким швартовным захватом.

Преимущество систем хранения нефти танкерного типа зак­ лючается в низкой стоимости танкеров и в наличии опыта их переоборудования и использования.

Недостатком этих систем является то, что стационарно при­ швартованный танкер испытывает большие нагрузки от окружаю­ щей среды. Поэтому выносной точечный причал и швартовный захват должны обладать высокой прочностью, чтобы выдержи­ вать нагрузки, возникающие во время шторма со 100-летним периодом повторяемости.

Месторождение Фулмар

Фулмар — относительно крупное месторождение, извлекаемые запасы которого оцениваются в 71,5 млн. м3 нефти. Компания «Shell» приняла решение транспортировать нефть к береговому терминалу с помощью челночных танкеров. Для обеспечения непрерывности добычи потребовалось использование плавучей системы для хранения нефти. Поскольку максимальная ежесу­ точная добыча оценивается в 28,6 тыс. м , оптимальным объемом

в опорный блок гравитационной платформы было сочтено не­ целесообразным из-за высокой стоимости этого проекта. В то же время малая глубина (82 м) не позволяла применить сис­ тему типа SPAR. Поэтому в качестве плавучей системы для хра­ нения нефти решено было использовать супертанкер, пришварто­ ванный к загрузочной колонне с шарнирным креплением. Для этой цели был выбран танкер «Медора» водоизмещением 213 тыс. т, вместимостью 219,4 тыс. м , что равно объему добычи за 7,5 сут. Переоборудование танкера потребовало расходов на сумму 40 млн. долл, и включало изъятие двигательно-движительной системы, переоборудование жилых помещений в соответствии с требованиями безопасности, закрепление спасательных плавучих средств по обеим сторонам танкера, устройство вертолетной площадки, установку лебедок и консоли для отгрузки нефти в кормовой части танкера, а также строительство на носу танкера конструкции для сцепления с швартовным захватом.

Плавучая система для хранения нефти получила удостове­ рение о годности к эксплуатации, поскольку она удовлетворяет требованиям Департамента энергетики изложенным в докумен­ те «Морские сооружения. Руководство по проектированию и строительству». Суммарная стоимость установки плавучей сис­ темы для хранения нефти составила 42 млн. ф. ст. Два челночных танкера водоизмещением 90—100 тыс. т перевозят нефть на бере­

135

говые терминалы, которые могут быть в любом порту Великобри­ тании или северо-западной Европы.

Опыт эксплуатации оказался удовлетворительным. Система показала высокую надежность. Основной причиной потерь в добыче оказались недостатки обслуживания (7 %). Потери из-за неблагоприятных погодных условий составили 5 %. Коэффи­ циент использования, таким образом, оценивается в 88 %. Вмес­ тимость емкостей для хранения нефти была признана достаточной, поскольку ни разу процесс добычи не был приостановлен по при­ чине переполнения танков.

Месторождение Тазерка

Это месторождение, расположенное у побережья Туниса, пред­ ставляет особый интерес, поскольку применяемые при его освое­ нии инженерные идеи и виды оборудования можно использовать в условиях Северного моря. Компания-оператор «Shell Tunirex* открыла месторождение в июле 1979 г., а в ноябре 19+82 г. на­ чалась его эксплуатация. Хотя извлекаемые запасы были оцене­ ны в 1,6 млн. м3, а максимальная ежесуточная добыча из четырех скважин — в 1,6 тыс. м3/сут, выбранный способ разработки мес­ торождения был признан компанией самым экономичным. Этот способ предусматривает использование^ в качестве плавучей сис­ темы длядобычи, 'хранения и отгрузки нефти стационарно пришвартованный танкер «Мурекс» компании «Shell» водоизме­ щением 213 тыс. т. Транспортировка сырой нефти к береговому терминалу осуществляется челночными танкерами. Плавучая система швартуется на глубине 140 м к выносному одноопорному причалу с анкерным креплением и емкостью для хранения (SALS). Причал (см. рис. 3.1 и 2.15) представляет собой составленный из трубчатых элементов райзер диаметром 5 м, натяжение кото­ рого обеспечивается за счет подводной камеры плавучести. Камера плавучести находится под швартовой конструкцией; шарнирно прикрепленной к плавучей системе. Швартовная конструкция от­ носится к шарнирному типу и поэтому легко адаптируется к кач­ ке и изменению направления ветра.

Система, работающая на месторождении Тазерка, рассчитана на штормовые условия со 100-летним периодом повторяемости при характерной высоте волны 10 м и максимальной высоте волны 18,3 м. При этом швартовная система SALS рассчитана на характерную высоту волны до 17 м, а значит, может применяться в Северном море. Суммарная масса стальной конструкции SALS на месторождении Тазерка равна 4020 т, а масса балласта в основании — 5400 т. Существенный элемент этой плавучей эксплу­ атационной системы — вертлюг высокого давления, обеспечиваю­ щий круговое движение вокруг выносного точечного причала. На месторождении Тазерка 16 райзеров сведены в 6 каналов диа­ метром 76,2 мм, на каждом из которых установлен вертлюг вы­ сокого давления (рис. 4.4). Вертлюги рассчитаны на давление

136

Рис. 4.4. Разрез вертлюга высокого дав* лекия фирмы $ВМ:

/ — уплотнении вертлюга; 2 — электрическое кон­

21,1 МПа и испытаны под давлением 31,6 МПа, Их создатель — компания SBM, которая разрабатывает также вертлюги для за­ качки газа в пласт. Система добычи на месторождении Тазерка позволяет вести добычу из восьми сателлитных скважин и осу* ществлять при необходимости водонагнетательные и газлифтные операции. Управление и контроль обеспечиваются за счет при­ менения 50-канального гидравлического вертлюга -в сочетании с электрической кольцевой втулкой (см. рис. 4.4).

Систему танкер — выносной точечный причал после эксплуата­ ции на месторождении можно использовать на близлежащих ма­ лых месторождениях» При этом выноской точечный причал с анкерным креплением может самоустанавливаться при незначи­ тельной поддержке катеров. Все это повышает экономические по­ казатели системы.

Полная стоимость обустройства месторождения Тазерка сос­ тавляет приблизительно 190 млн. долл. США.

ПОДВОДНОЕ ХРАНЕНИЕ НЕФТИ

В настоящем разделе рассматриваются подводные системы хранения нефти, не обладающие плавучестью, а опирающиеся на морское дно.

137

Преимущества и недостатки подводного хранения нефти

Подводное хранение нефти имеет следующие преимущества. 1. Подводная емкость для хранения нефти не подвержена воз­ действию волновых нагрузок в отличие от плавучих емкостей.

2.При подводном хранении нефти не существует опасности столкновения емкости с судами.

3.Подводное хранение нефти позволяет уменьшить размеры

истоимость выносного точечного причала, поскольку к нему

швартуются небольшие челночные танкеры при относительно спокойном море, тогда как при наличии плавучей емкости для хранения нефти в виде переоборудованного танкера выносной точечный причал должен быть рассчитан на нагрузки от шторма со 100-летним периодом повторяемости.

Недостатком подводного хранения нефти является то, что все насосы, распределительные клапаны и мониторные системы нахо­ дятся под водой и дистанционно управляются с танкера или плат­ формы. Кроме того, инспекция, обслуживание и ремонт требуют привлечения водолазов или специальных подводных систем (на­ пример, робототехники), а они работают на определенных глуби­ нах. Стоимость подводного хранения нефти высокая.

Заслуживает внимания вопрос о расположении емкости для хранения нефти. Ее можно устанавливать либо рядом с выносным точечным причалом, либо в основании эксплуатационной плат­ формы. Пример второго варианта — платформы типа «Кондип», установленные на месторождениях Верил, Брент и Статфьорд. В этом случае облегчаются снабжение систем энергией, доступ к насосам и т. д. Однако при высоких темпах отгрузки необходимо применение насосов большой мощности и выкидных линий большо­ го диаметра, протяженность которых до выносного точечного причала может достигать 2 км. В том случае, когда емкость для хранения нефти находится рядом с выносным точечным причалом, выкидные линии могут иметь небольшой диаметр, поскольку ско­ рость нефтяного потока будет соответствовать темпам отбора. При этом потребление энергии будет высоким из-за работы насосов при загрузке челночного танкера.

В настоящее время существует практика заполнения емкости морской водой после откачки нефти в танкер. Очевидно, такая технология будет соблюдаться и в будущем. Если нефть и вода вступают в непосредственный контакт, то существует опасность сброса в море загрязненной нефтью воды. Чтобы этого не произош­ ло, необходимо использовать установку по очистке воды. Альтер­ нативным вариантом служит установка между нефтью и водой гибкой диафрагмы, однако при этом возникают проблемы обслу­ живания.

Компания «Halcrow—Ewbank» в сотрудничестве с компанией ЕМН разработала способ минимального усложнения кон­ струкции и упрощения технологии установки емкости для хра­ нения нефти. Предлагаемая система известна под названием

138

SISSAC . Емкость для хранения изготовляется из железобетона и как баржа буксируется на точку, при этом шарнирно закреп­

ляемая на дне колонна лежит на барже. Систему SISSAC погружа­

ют на морское дно посредством последовательного заполнения морской водой ее внутренних отсеков, а колонну устанавли­

вают вертикальное поворотом на универсальном шарнире. Обору­ дование для очистки воды находится внутри колонны.

Месторождение Тистл

Основная информация по месторождению Тистл дана в преды­ дущей главе. На этом месторождении применяется выносной одно­ опорный причал с анкерным креплением. Небольшая емкость для хранения нефти вместимостью 11,1 тыс. м3 находится на экс­ плуатационной платформе. Поскольку ее вместимость не состав­ ляет и половины ежесуточной добычи, роль емкости кажется на первый взгляд незначительной. Однако следует отметить, что вышеупомянутая система отгрузки создавалась как временная и была рассчитана на период строительства подводного трубопро­ вода. Небольшой емкости для хранения было достаточно, чтобы обеспечить бесперебойную добычу при движении челночного тан­ кера к терминалу и при возникновении небольших механических проблем. Ешс одна важная функция емкости для хранения нефти заключается в том, что она может автоматически направлять по­ ток нефти от выносного одноопорного причала с анкерным креп­ лением к танкам для хранения нефти в случае аварийной ситуации, которая может возникнуть при отгрузке нефти. Благода­ ря этому часто удается избежать прерывания процесса добычи.

Месторождение Маурин

Краткое описание месторождения Маурин и схемы его обу­ стройства даны в предыдущей главе. В данном разделе рассматри­ ваются только подводные емкости для хранения нефти. Схема обустройства месторождения создавалась с учетом того, что мак­ симальный отбор, согласно расчетам, должен составить 11,8 тыс. м3/сут. Компания-оператор «Phillips Petroleum UK Limited» остановила свой выбор на емкости для хранения нефти вместимостью 103,3 тыс. м3, что примерно равно добыче за 9 сут. Компания решила использовать два челночных танкера и свести к минимуму влияние на добычу продолжительных штормов и отка­ зов оборудования. Два танкера водоизмещением 85 тыс. т несут балласт, занимающий 35 % объема. Таким образом, вместимость танкеров для перевозки нефти составляет 55 тыс. т. При скорости отгрузки 3,2 тыс. м3/ч каждый танкер принимает на борт объем нефти, равный добыче за 5,7 сут, в течение 21 ч.1

1 SISSAC — Sell installed subsea storage system and articulated column.

139

Рис. 4.5, Подводные цистерны для хранения нефти на месторождении Маурин:

/ — опорные элементы эксплуатационной платформы; 2 — отсеки для хранения нефти; 3 — грави­

тационная опорная конструкция

Подводное хранение нефти (рис, 4.5) обеспечивается тремя большими цистернами, встроенными в опорные стойки стальной гравитационной конструкции, разработанной компанией «Теспотаге» в качестве опорного блока эксплуатационной платформы. Высокая скорость загрузки танкеров обусловила прокладку выкидной линии диаметром 610 мм до шарнирно закрепленной на дне колонны для отгрузки нефти, установленной на расстоянии 2,4 км от платформы.

Проект GASP1

Подводная эксплуатационная система компании «Goodfellow . Associates» (GASP) разрабатывается вышеупомянутой компанией в' сотрудничестве с компанией «Vickers Design and Projects» (VDP). Основная идея проекта — разместить на морском дне как можно больше оборудования для заканчивания и эксплуатации скважин и емкостей для хранения нефти, руководствуясь при этом принципом практической целесообразности. Подводная сис­ тема имеет модульное исполнение, что позволяет заменять су­ ществующие модули и устанавливать дополнительные. Отгрузку нефти и сжигание газа предполагается осуществлять с помощью1

1 GASP — Goodfellow Associates Subsea Production.

140

Рис. 4.6. Подводная эксплуатационная система:

шарнирно закрепленной на дне колонны для отгрузки нефти ALC. Цистерны для хранения нефти (рис. 4-6) группируются вокруг ос­ нования башни. Вместимость цистерн для хранения может быть разной в зависимости от месторождения, но обычно она равна 8-суточному объему добычи. Система предназначена для разра­ ботки отороченных месторождений и рассчитана на глубину до 300 м.

ПЛАВУЧИЕ СИСТЕМЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

В данном разделе рассматриваются различные плавучие кон­ струкции, специально предназначенные для хранения нефти.

Система SPAR для месторождения Брент

Система SPAR для месторождения Брент была разработана компанией «Shell International Petroleum Maatschappij В. V.». Удостоверение о годности к эксплуатации» выдала фирма «Lloyds Register of Shipping». Компания «Shell» решила установить ем­ кости для хранения нефти вместимостью 47,7 тыс. м \ что равно

141